探讨长距离220kV电缆护套交叉互联接地方式研究及回流缆优化布置方法

探讨长距离 220kV电缆护套交叉互联接地方式研究及回流缆优化布置方法

蒋秋菊

中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司

摘要：220KV电缆作为增强类型电压，主要应用于长距离电力传输。长距离传输的高电压需要确保电缆的合理化、规范化设计，应用保护套等一系列设施可以实现对长距离高压电缆的有效保护，配合交叉互联接地与回流缆优化布置可以进一步确保长距离电缆传输的稳定性与安全性。

关键词：长距离高压电缆；电缆护套；交叉接地；回流缆

引言

为了配合社会生产的进一步推进，现阶段我国的电压呈现不断提升的趋势，相应的电力电缆电压传输距离与容量也不断提升。长距离传输电缆容易出现以单相短路为主的接地故障，故障发生时会有较大的感应过电压存在于电缆金属保护套上，对电缆的稳定安全运行造成严重影响。

但是高水平、高频率的社会生产要求现阶段必须使用长距离电缆传输，相应的长距离电缆传输护套存在相对较大的感应电压。交叉互联接地具有稳定性，可以有效降低长距离电缆保护套存在的感应电压，在本次研究中进一步论证交叉互联接地对提升220KV长距离电缆保护套的有效性，配合回流缆对感应电压、环流影响进行分析，提出相应的优化布置方法。

1.电缆保护套感应电压

图1 保护套过电压等值计算电路

图1所示为不接地端电缆保护套冲击电压等值电路：

Z₁-电缆导体与保护套之间的波抗阻

Z₂-表示电缆保护套与地波抗阻

Z₀-表示架空运输线波抗阻

U₀-表示沿空线路侧雷电压幅值

根据等值电路，金属保护层不接地端保护层电压：

U_A=U₂=2U₀ （1）

式中：

其中：r₁-电缆导体半径

r_a-电缆保护层半径

D-地中电流穿透深度，且D=660

结果测量得出电缆实际结构尺寸获得Z₁、Z₂数值。

220KV电缆电路系统，U₀=U_50%=1400KV，Z₀=1000Ω，Z₁=35.6Ω

带入（1）中计算得到U_A≈453KV。

在不加装保护套的情况下，金属层直接接地，此时不接地端受到的冲击电压按照图2布置进行计算：

图2 保护层过电压计算等值电路

U_A1=-4U₀ × （2）

由（2）可知U_A1电缆末端与相接的负载波阻抗 存在关联，电缆末端与负载不相接，此时U_A1=0电缆末端与大容器相接或者末端主绝缘对地击穿与a1点接地相当的情况下：

KV

在U0=220KV的情况下， =-76KV。

由此可见对于刚刚出厂的220KV电缆，保护层绝缘强度为75KV，无论电缆线路金属层首端、末端接地，均需要安装保护套。

2.高压电缆保护套交叉互联接地实际应用

220KV为单芯电缆，在通过电流时会存在磁力线交链金属护套层，这也是电缆两端出现感应电压的根本原因。感应电压的强度、电缆线路长度、流经导体电流均成正比关系。对于长距离传输的220KV电缆，强大的保护套感应电压足以对人身安全造成威胁。^[1]如果在短路、雷击的情况下，此时屏蔽会形成强大的感应电压，并且具有足够的能力击穿电缆绝缘保护套，为了确保电缆以及人身安全，此时220LV单芯电缆需要选择合适的接地方式。

交叉互联接地是高压长距离电缆传输常用的接地方式，不能使用双端接地。如果使用双端接地，保护套当中就会通过环流使电缆的载流量下降，所以长距离高压电缆传输，双端接地的载流量相比交叉互联接地更小，很大程度山造成了电力能源浪费，因此双端接地只有在极为特殊不能使用交叉互联接地的情况下才会使用。

如果使用单端接地会使保护套与地之间产生感应电压，并不适用于长距离电路传输，在短距离短路传输当中较为常见。长距离电路传输使用交叉互联接地较为合适，具体做法为将保护套一端接地，借助中间绝缘接头、交叉互联箱，将三相电缆金属护套换位连接，完全换位完成后并不存在环流通过保护套，并且此时换位处具有最高的感应电压。^[2]无论是交叉互联接地还是单点接地，电缆当中均具有相同的载流量，220KV长距离传输电路使用交叉互联接地需要关注换位连接，确保环流平衡。

电缆线路≤100m时，可以使用一端直接接地的方式，另一端经过保护器将电缆其中一端接地。电缆其中一端需要借助保护器实现接地，此时电缆在运行过程中处于对地绝缘状态，此时保护层未构成通流回路，由此可以有效避免在电缆保护层构成环形电流，从根本上提升电缆输送量。为了最大限度上确保作业人员的人身安全，非接地端电缆护层感应电流需要≤50V。

在电缆线路较长的情况下，需要使用一端接地的方式，如果电缆护层的感应电压过大，此时可以选择使用护层中点接地，护层中点接地在电缆中点使金属护层接地，电缆两端同时对地绝缘，每一端都配有保护器。

电缆线路≥1000m时依然使用电缆中点接地作为主要方式，若护层感应电压依然过大，改用交叉互联接地方式。将电缆线路分为若干份，将其中每一份分为等长的三小段，每一段电缆中间装有绝缘接头，绝缘接头处三相电缆护层使用同轴接地电缆借助地箱换位连接，与此同时在绝缘接头位置加装保护器，其中任意单元两端护层分别互联接地。

3.回流缆布置优化

沿线路铺设低阻抗、小截面面积绝缘导线，作为高压单芯电缆护套单端接地，以此作为回流缆，通过这种方式有效降低故障状态下电缆保护套的感应电压，水平铺设三相电缆， 因此最佳的铺设方式为3：7换位方式。

3：7换位方式不适用于“品”形铺设。“品”形铺设回流缆铺设于两相间隙，剩余一相的间隙空间不足以支持铺设回流缆，如图3所示：

图3 “品”形铺设回流缆

布置点1、布置点2分别作为铺设、交替换位的位置，交替换位的方式可以在很大程度上减少电缆运行过程中回流缆产生的环流。

将增加回流缆对感应电压造成的影响进行对比，最终决定使用交替换位的方式对回流缆环流进行改善。实际研究中对换位、不换位回流缆工况进行对比分析，换位间隔确定为500m。^[3]保护套单端接地，出现故障时对各点感应电压进行测定记录：

表1 回流电缆有无状态下对应的感应电压

由数据可知，使用单端经保护器接地，相比没有回流缆，加装回流缆以后电缆感应电压会更小，在两端直接接地稳态峰值电压表现的尤为明显，有此证明增加回流缆可以有效降低保护套感应电压，确保220KV电缆长距离传输的安全性、稳定性。

结 论

220KV电缆长距离传输过程中选择交叉互联接地的方式最大限度上降低电缆保护套感应电压。实际工程中可以选择使用两端接地，这是因为各点的感应电压相比单一端接地保护更加稳定。

参考文献

[1]陈喆.某长距离专用电力电缆隧道工程消防灭火系统设计与分析[J].上海建设科技,2021(06):22-26.

[2]陈宗正,张旭航,申亚,吕舒艺,邵银龙,史一泽.基于500 kV长距离电缆线路的合闸过电压研究[J].电瓷避雷器,2021(06):108-112.DOI:10.16188/j.isa.1003-8337.2021.06.017.

[3]林博成,吴威. 长距离500kV电缆输电系统运行特性与输送能力分析[C]//福建省电机工程学会2020年学术年会获奖论文集（上册）.,2021:54-60.DOI:10.26914/c.cnkihy.2021.045361.